Петр Нестеров родился в ночь на 15 (27) февраля 1887 г. в Нижнем Новгороде в семье воспитателя кадетского корпуса штабс-капитана Н.Ф. Нестерова. Без отца остался рано, был на попечении матери Маргариты Викторовны, воспитывавшей четверых детей. В 1897 г. П. Нестеров поступил и в 1904 г. успешно окончил Нижегородский кадетский корпус имени А.А. Аракчеева. В 1906 г. в числе лучших завершил курс Михайловского артиллерийского училища и получил офицерский чин подпоручика. До 1909 г. служил в 9-й Восточно-Сибирской артиллерийской бригаде во Владивостоке.
В 1909 г. был прикомандирован к воздухоплавательной роте. Показательный штрих к портрету воина-интеллигента: запретом в своем подразделении ругани и рукоприкладства Нестеров снискал уважение солдат. В том же году в семье Нестеровых появился первый ребенок – дочь Маргарита. В 1911 г. поручик Нестеров был зачислен в Офицерскую воздухоплавательную школу Санкт-Петербурга, а в 1912 г. – в Гатчинскую авиационную школу. В 1912 г. получил звание пилота-авиатора, военного летчика и был назначен в формируемый авиаотряд при 7-й воздухоплавательной роте.
Став в Гатчинской школе пилотом, Нестеров занялся и конструкторской деятельностью. Еще в 1910 г., будучи артиллеристом, он построил планер и летал на нем. Позже на основе изучения полета птиц разработал проект оригинального самолета без вертикального оперения.
В 1911 г. Нестеров вместе с П.П. Соколовым, учеником знаменитого Н.Е. Жуковского, построил свой первый планер. С 1909 г. занимался проектом самолета, в котором решал задачу устойчивости и безопасности полетов. Уже находясь в Киеве, в начале 1914 г. с помощью механика Г.М. Нелидова изготовил ряд узлов, которые были опробованы на переделанном «Ньюпоре-IV»: укоротив фюзеляж на 0,7 м, снял вертикальное оперение, рули высоты сохранил, но их размах значительно увеличил.
В Киеве вместе с женой Надеждой (урожденной Ядвигой Рафаиловной Луневской, полькой) и детьми штабс-капитан Нестеров поселился в доме № 5 на улице, до последних времен называвшейся Московской. Этот дом в то время стал неофициальным центром городской воздухоплавательной элиты. Два раза в неделю там собирались военные конструкторы Киева и вели дискуссии об авиации, литературе, искусстве.
В Киеве состоялась летная карьера Нестерова. Нужно отметить, что в начале ХХ в., то есть, как сказали бы теперь свидомиты, «под гнетом Российской империи», Киев считался в Европе ведущим центром по подготовке летчиков и авиаконструкторов. Здесь начинали свою деятельность известные авиаконструкторы И. Сикорский, Е. Касьяненко, А. Карпека.
Нестеров первым научился планировать с выключенным двигателем, что и ему однажды спасло жизнь, когда двигатель отказал, и спасало потом жизни летчикам неоднократно.
В 1913 г. Петр Нестеров разработал исследовательскую конструкцию семицилиндрового двигателя воздушного охлаждения. Занимался строительством одноместного скоростного самолета, закончить который помешала война. Располагая знаниями в области математики и механики, имея достаточный пилотажный опыт, Нестеров теоретически обосновал возможность выполнения глубоких виражей и осуществил их на практике. После назначения командиром отряда Нестерова ввел обучение полетам с глубокими виражами и посадку с отключенным двигателем на заранее намеченную площадку.
В августе 1913 г. П.М. Нестеров провел групповой перелет звеном из трех самолетов по маршруту Киев – Остер – Козелец – Киев, с посадками на полевых аэродромах. Вместе с Нестеровым на борту самолета был кинооператор Владимир Добржанский. Отснятый им 30-минутный фильм несколько дней с большим успехом демонстрировался в лучшем киевском кинотеатре А. Шанцера на Крещатике, 38. Историки утверждают, что эта документальная лента стала первой в мире авиасъемкой.
В первой половине 1914 г. Петр Николаевич осуществил два рекордных перелета: Киев – Одесса, за 3 часа 10 минут, и Киев – Гатчина, за 9 часов 35 минут.
27 августа (9 сентября) 1913 г. в Киеве над Сырецким полем Нестеров впервые в мире выполнил на самолете «Ньюпор-4» с двигателем «Гном» уникальную замкнутую петлю в вертикальной плоскости, которая позже получила название «петли Нестерова».
Спустя двенадцать дней эту сложнейшую авиационную фигуру повторил француз Адольф Пегу. В зарубежной исторической прессе авторство «мертвой петли» приписывается асу кайзеровских ВВС, фигуру там называют «петля Иммельмана». Тем не менее в одном из приказов по войскам немецкий кайзер Вильгельм II отметил: «Я желаю, чтобы мои авиаторы стояли на такой же высоте проявления искусства, как это делают русские…»
В статье «Как я совершил мертвую петлю», опубликованной в «С.-Петербургской газете» от 4 и 5 сентября 1913 г. и подписанной «Военный летчик поручик Нестеров», автор выдающейся фигуры высшего пилотажа рассказал о своих ощущениях:
